CAE及其运用概述

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1、CAE及其运用概述引言：CAE（ComputerAidedEngineering）是用计算机辅助求解复朵工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。CAE从60年代初在工程上开始应用到今天，已经历了30多年的发展历史，其理论和算法都经历了从蓬勃发展到tl趋成熟的过程，现已成为工程和产品结构分析屮（如航空、航天、机械、土木结构等领域）必不可少的数值计算工具，同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。随着计算机技术的普及和不断提高，CAE系统的功能和计算精度都有很人提高，各种基于产

2、品数字建模的CAE系统应运而牛，并已成为结构分析和结构优化的重要工具，同时也是计算机辅助4C系统（CAD/CAE/CAPP/CAM）的重要环节。CAE系统的核心思想是结构的离散化，即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果來替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析乂无法解决的复杂问题。其基本过程是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形状简单的子区域，即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体；通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量（应力、位移、压力和温度等）问题简化为求解

3、有限的单元节点上的场变量值。此吋得到的基本方程是一个代数方程组，而不是原来描述真实连续体场变量的微分方程组。求解后得到近似的数值解，其近似程度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数。根据经验，CAE各阶段所用的时间为：40%〜45%用于模型的建立和数据输入，50%〜55%用于分析结果的判读和评定，而真正的分析计算时间只占5%左右。针对这种情况，采用CAD技术來建立CAE的儿何模型和物理模型，完成分析数据的输入，通常称此过程为CAE的前处理。同样，CAE的结果也需要用CAD技术牛成形象的图形输出，如生成位移图、应力、温度、压力分布的等值线图，表示应力、温度、压力分布的彩色明

4、暗图，以及随机械载荷和温度载荷变化生成位移、应力、温度、压力等分布的动态显示图。我们称这一过程为CAE的后处理。针对不同的应用，也可用CAE仿真模拟零件、部件、装置（整机）乃至牛产线、工厂的运动和运行状态。1.CAE软件的类型与特点EI前市场上流行的商品化CAE软件有NASTRAN、ANSYS、COSMOS、ADAMS、MARC、PATRAN.SAP、ASDA、DYNA3D等十余利「，这些软件可大致从功能、集成性、运行平台及前后置处理的独立性儿个方面来划分。1.1从功能上划分当今的主流CAE软件从功能上来区分，可分为通用型与专用型两人类。通用型CAE软件以覆盖的应用范围广而著称，N

5、ASTRAN.ANSYS、MARC等为其代表。专用型则以在某个领域中的应用深入而见长，如美国ETA公司的汽车专用CAE软件LS/DYNA3D及ETA/FEMB。通川型CAE软件最人的优点是为用户提供了广泛的选择可能性和扩展应川范围的余地。使不同规模与应用层次的用户部能在其屮找到自己所适用的模块。但随之而来的问题是系统庞大，耗费大虽的资源；没冇针对性，使用难度比较大。专用型CAE软件的最人优点是为用户提供了某些领域最专业的成果，系统小，耗费的资源少，使用与维护比较简单，但扩展时要不断购买所需软件，因而不同版本软件的数据交换是否畅通成为用户最关心的问题。1.2从集成性上划分从集成性上划

6、分，可分为集成型与独立型两大类。集成型主要是指CAE软件与CAD/CAM软件集成在一起，成为一个综合型的集设计、分析、制造于一体的CAD/CAE/CAM系统。目前市场上流行的CAD/CAM软件大都有CAE功能，均可归入此类。如SDRC公司的1—DEAS,EDS/Unigrapphics公司的UGII、Intergraph公司的I/EMS,MatraDataVision公司的Euclid等等，将CAE软件集成进來并加以完善是CAD/CAM软件IT前的发展趋势Z—。与集成型相对应,独立型CAE软件是单独使用的，这一类以老牌CAE软件如ANSYS、NASTRAN为代表。集成型CAD/CA

7、E/CAM软件的最大优点在于其集成性。在这样的环境中、用户可以直接在实体状态下进行网格划分和边界条件的处理，CAD实体模型的改变也将引起冇限元模型的自动改变，省却了CAD与CAE软件之间各种传输与转换之苦，极人地提高了产晶开发人员的工作效率。此外，这种集成软件的另一个特点是，其CAE部分大都来口目前工业界普遍认同的权威分析软件。女USDRC/I—DEASMSC/NASTRAN,COSMOS/MDesigner是AutoCAD和COSMOS/M(FEA)的集成。集成型C